KR19990065957A - 편평관형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편평관용 열교환기에 관한 것으로서, 특히 가정용 공기조화기와 같은 냉각기기의 증발기로 사용할 때 공기가 열교환을 행하는 과정에서 플랫튜브 및 핀 표면에 응축수가 맺히더라도 이 맺힌 응축수가 신속히 흘러내리도록 함에 따라 공기 토출시 응축수가 외부로 비산되는 현상이 발생되지 않도록 함과 함께 공기의 유로저항이 줄어들면서 열교환 효율도 향상되도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 상하로 일정간격 이격되게 배치된 제1헤더파이프(11) 및 제2헤더파이프(12)와, 상기 제2헤더파이프에 형성되어 냉매가 유입되는 복수개의 냉매유입관(13) 및 제1헤더파이프(11)에 형성되어 냉매가 유출되는 복수개의 냉매유출관(14)과, 상단이 제1헤더파이프(11)에 연결되고 하단이 제2헤더파이프(12)에 연결되어 냉매유입관(13)을 통해 제2헤더파이프(12)로 유입된 냉매를 제1헤더파이프(11)로 이동시켜주는 복수개의 플랫튜브(16)와, 전체적으로 바둑판 형태를 이루면서 상기 플랫튜브의 전후방에 각각 접촉 고정되어 상기 각 플랫튜브(16)를 따라 이동되는 냉매의 열을 방열하는 복수개의 와이어핀(17)으로 구성하여서 된 것이다.

Description

편평관형 열교환기

본 발명은 열교환기 분야에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 이동하는 통로 역할을 하는 튜브의 상하면이 넓은 평면을 이루고 있는 편평관형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 편평관형 열교환기는 주로 자동차용 응축기로 사용되는 열교환기로서, 종래에는 첨부된 도 1 내지 도 3과 같이 제1헤더파이프(Header Pipe; 이하 "제 1헤더"라 한다)(1)와 제2헤더파이프(Header Pipe; 이하 "제 2헤더"라 한다)(2)가 서로 대향되게 좌우로 위치되어 있고, 상기 제1헤더(1)에는 냉매가 유입되도록 냉매유입관(3)이 고정됨과 함께 냉매가 유출되도록 냉매유출관(4)이 고정되어 있으며, 상기 제1헤더(1) 및 제2헤더(2)의 내부에는 상기 제1,2헤더(1)(2) 내부를 유동하는 냉매를 원하는 방향으로 유도하기 위한 분리막(5)이 형성되어 있고, 상기 제1헤더(1)와 제2헤더(2)간에 냉매의 유동이 가능하도록 제1헤더(1)에는 복수개의 플랫튜브(Flat Tube)(6)의 일단이 연결됨과 함께 제2헤더(2)에는 복수개의 플랫튜브(6)의 타단이 연결되어 있으며, 상기 각 플랫튜브(6) 사이에는 플랫튜브를 따라 흐르는 냉매의 열을 방열하기 위해 W자 형태로 길게 절곡된 평판핀(7)이 고정되어 있다.

따라서, 편평관형 열교환기를 자동차의 응축기로 사용된 상태에서 공기보다 높은 온도의 냉매가 제1헤더(1)에 형성된 냉매유입관(3)을 통해 유입되면 이 유입된 냉매는 일단이 상기 제1헤더(1)에 연결되고 다른 일단이 제2헤더(2)에 연결된 복수개의 플랫튜브(6) 내부로 들어가 상기 두 헤더(1)(2)에 형성된 분리막(5)에 의해 방향이 유도되면서 제1헤더(1) 및 제2헤더(2)간을 반복 이동한 다음 상기 제1헤더(1)에 형성된 냉매유출관(4)을 통해 유출되는데, 상기 냉매가 각 플랫튜브(6)를 따라 이동하는 과정에서 열을 발생시키고 이 열은 W자 형태로 길게 절곡되어 상기 플랫튜브(6) 사이사이에 고정된 평판핀(7)을 통해 방열된다.

이와같이 하여 냉매의 열이 각 플랫튜브(6) 사이에 고정된 평판핀(7)을 통해 외부로 방열될 때 공기가 상기 평판핀(7) 사이를 지나게 되면, 이 공기는 상기 평판핀(7)을 통해 외부로 방열되는 냉매의 열과 열교환되어 뜨거운 공기로 변하게 된다.

또한 종래 편평관형 열교환기를 가정에서 사용하는 공기조화기와 같은 냉각기기의 증발기로 사용할 경우에는 공기보다 낮은 온도의 냉매가 제1헤더(1)에 형성된 냉매유입관(3)을 통해 유입되는데, 이때에는 공기가 각 플랫튜브(6) 사이에 고정된 평판핀(7) 사이를 지나면서 찬 냉매와 열교환을 일으키므로 온도가 떨어지면서 찬공기로 바뀌게 된다.

한편 상기한 작용에서 공기가 찬 냉매와 열교환을 일으켜 찬공기로 바뀌게 될 때 그 온도가 이슬점 온도보다 낮게되면 공기중의 수분은 플랫튜브(6) 및 평판핀(7) 표면에 응축되어 있다가 중력에 의해 밑으로 흘러내리게 된다.

이러한 작용을 하는 종래 편평관형 열교환기는 제1헤더 및 제2헤더가 좌우로 배치되어 있으므로 상기 두 헤더를 연결하는 플랫튜브의 넓은면이 수평상태를 이룰수 밖에 없음은 물론 각 플랫튜브를 흐르는 냉매의 열을 방열하는 핀이 평판핀이므로 이러한 열교환기를 공기조화기의 증발기로 사용할 경우 후술하는 바와같은 여러가지 문제점이 있다.

첫째, 열교환기에 의해 발생된 응축수가 상기 플랫튜브의 상부면 및 평판핀에 고여서 쉽게 중력방향으로 흘러내리지 못하므로 공기가 열교환기를 통과할 때 응축수가 공기와 함께 직접 토출되는 비산현상이 일어남은 물론 공기가 상기 응축수에 의해 유로저항을 받게 됨에 따라 소음이 증가되고 열교환효율이 저하되었다.

둘째, 자동차의 응축기로 사용할 때의 외부공기의 유입속도와 가정용 공기조화기의 증발기로 사용할 때의 외부공기의 유입속도에 있어서의 차이에 따라 증발기로 사용이 적합하게 핀의 설계가 이루어 지지 않은 상태이므로 결국 증발기로 사용시 성능이 떨어지게 되었다.

셋째, 평판핀의 형상이 복잡하고 이러한 복잡한 형상의 평판핀을 플랫튜브 사이에 고정하는 제작과정이 난해하여 생상성이 떨어짐은 물론 제작비용이 중가되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 특히 가정용 공기조화기와 같은 냉각기기의 증발기로 사용할 때 공기가 열교환을 행하는 과정에서 플랫튜브 및 핀 표면에 응축수가 맺히더라도 이 맺힌 응축수가 신속히 흘러내리도록 함에 따라 공기 토출시 응축수가 외부로 비산되는 현상이 일어나지 않도록 함과 함께 공기의 유로저항이 줄어들면서 열교환 효율도 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 형태에 따르면, 상하로 일정간격 이격되게 배치된 제1헤더파이프 및 제2헤더파이프와, 상기 제2헤더파이프에 형성되어 냉매가 유입되는 복수개의 냉매유입관 및 제1헤더파이프에 형성되어 냉매가 유출되는 복수개의 냉매유출관과, 상단이 제1헤더파이프에 연결되고 하단이 제2헤더파이프에 연결되어 냉매유입관을 통해 제2헤더파이프로 유입된 냉매를 제1헤더파이프로 이동시켜주는 복수개의 플랫튜브와, 바둑판 형태를 이루면서 상기 플랫튜브의 전후방에 각각 접촉 고정되어 상기 각 플랫튜브를 따라 이동되는 냉매의 열을 방열하는 복수개의 와이어핀으로 구성하여서 된 편평관형 열교환기가 제공된다.

도 1은 종래 편평관형 열교환기를 나타낸 정면도

도 2는 종래 편평관형 열교환기를 나타낸 요부 종단면도

도 3은 종래 편평관형 열교환기를 구성하는 핀을 나타낸 사시도

도 4는 본 발명 편평관형 열교환기를 일 실시예로 나타낸 정면도

도 5는 본 발명 편평관형 열교환기를 일 실시예로 나타낸 측면도

도 6은 본 발명 편평관형 열교환기를 다른 실시예로 나타낸 측면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. 제1헤더파이프 12. 제2헤더파이프

13. 냉매유입관 14. 냉매유출관

16. 플랫튜브 17. 와이어핀

이하 본 발명의 구성을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 4 내지 도 5를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 4는 본 발명 편평관형 열교환기를 일 실시예로 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명 편평관형 열교환기를 일 실시예로 나타낸 측면도로서, 본 발명은 상하로 일정간격 이격되게 제1헤더파이프(11)와 제2헤더파이프(12)를 배치하고, 상기 제2헤더에는 냉매가 유입되도록 복수개의 냉매유입관(13)을 형성함과 함께 제1헤더(11)에는 냉매가 유출되도록 복수개의 냉매유출관(14)을 형성하며, 상기 제1헤더(11) 및 제2헤더(12) 내에는 냉매를 원하는 방향으로 유도하도록 분리막(15)을 형성하고, 냉매유입관(13)을 통해 제2헤더(12)로 유입된 냉매를 제1헤더(11)로 이동시켜 주도록 상기 제1헤더에는 복수개의 플랫튜브(16) 상단을 연결함과 함께 제2헤더(12)에는 복수개의 플랫튜브(16) 하단을 연결하며, 상기 플랫튜브의 전후방에는 각 플랫튜브(16)를 따라 이동되는 냉매의 열을 방열하도록 복수개의 와이어핀(17)을 접촉 고정한다.

상기 제1헤더(11)와 제2헤더(12)를 연결하는 각 플랫튜브(16)는 수평선상을 기준으로하여 65∼85° 범위로 기울어지게 하고, 상기 각 플랫튜브(16) 전후방에 접촉 고정된 각 와이어핀(17)의 직경은 2∼4mm의 범위로 한다.

또한 플랫튜브(16)의 전후방에 각각 접촉 고정된 각 와이어핀(17)은 수평 및 수직방향으로 교차되게 배치하여 전체적으로 바둑판 형상을 이루게 하고, 상기 바둑판 형상을 이루는 각 와이어핀(17)의 핀간 수직방향간격(L) 및 수평방향간격(M)을 2∼7mm의 범위로 한다.

또한 첨부된 도 6은 본 발명 편평관형 열교환기를 다른 실시예로 나타낸 측면도로서, 본 발명 다른 실시예의 구성중 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상하로 배치된 제1헤더(11)와 제2헤더(12)의 단면을 타원형으로 하여 냉매가 흐르는 유로폭을 확장하고, 상기 제1헤더(11)와 제2헤더(12)에 상하단이 연결된 플랫튜브(16)는 전후방향으로 일정한 간격을 갖도록 복수열로 배치하며, 상기 플랫튜브(16)의 상하단에 접촉 고정된 각 와이어핀(17)을 상기 복수열로 배치된 각 플랫튜브(16) 사이에도 접촉 고정한다.

이와같이 구성된 본 발명 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 작용중 먼저 일 실시예에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 편평관형 열교환기를 가정에서 사용하는 공기조화기와 같은 냉각기기의 증발기로 사용할 경우, 공기보다 낮은 온도의 냉매가 제2헤더(12)에 형성된 복수개의 냉매유입관(13)을 통해 상기 제2헤더(11) 내부로 유입되면, 이 유입된 냉매는 냉매유입관 내부의 분리막(15)에 의해 원하는 방향으로 유도되면서 상단이 상기 제1헤더(11)에 연결되고 하단이 제2헤더(12)에 연결된 복수개의 플랫튜브(16) 에 안내되어 제1헤더(11)로 이동되고, 이 제1헤더로 이동된 냉매는 계속해서 제1헤더 내의 분리막(15)에 의해 원하는 방향으로 유도되면서 상기 제1헤더(11)에 형성된 복수개의 냉매유출관(14)를 통해 유출된다.

이와같이 찬 냉매가 각 플랫튜브(16)를 따라 이동하는 과정에서는 찬 냉기가 발생되는데, 이때 외부에서 흘러온 더운 공기가 수평 및 수직방향으로 직교되게 엇갈린 바둑판 형태의 와이어핀(17)사이를 통과하면서 상기 각 플랫튜브(16) 내부를 흐르는 찬 냉매의 열과 열교환을 일으키므로 온도가 떨어지면서 찬 공기로 바뀌게 된다.

이상에서 설명된 바와같이 열교환기가 열교환작용을 행하는 과정에서는 찬 냉매와 더운 공기의 온도차이에 의해 각 플랫튜브(16) 및 각 와이어핀(17) 표면에는 응축수가 맺혀지게 되고, 이 맺혀진 응축수는 곧바로 중력방향으로 흘러내리는데, 이는 각 플랫튜브(16)의 기울기(θ)가 65∼85° 정도의 범위로 기울어져 있고, 상기 각 플랫튜브(16)의 전후방에 접촉 고정된 바둑판 형태의 각 와이어핀(17)은 둥근직경을 가지고 있으므로 가능하다.

한편 본 발명의 일 실시예에서 플랫튜브(16)를 따라 흐르는 냉매의 열을 방열하는 바둑판 형태의 와이어핀(17)은 그 직경이 2∼4mm의 범위 이고, 핀 간의 수직 및 수평방향간격(L)(M)이 2∼7mm의 범위 인데, 이는 상기 바둑판 형상을 이루는 각 와이어핀(17)의 직경이 4mm 이상이면서 핀간의 수직 및 수평방향간격(L)(M)이 2mm 이하일 경우 공기와 상기 와이어핀(17)과의 접촉면적이 너무 넓어지기 때문에 열교환효율은 상승되지만 반대로 응축수 발생이 심화되어 상기 응축수 처리에 어려움이 있고, 또한 상기 각 와이어핀(17)의 직경이 2mm 이하이면서 핀간의 수직 및 수평방향간격(L)(M)이 7mm 이상일 경우에는 공기와 상기 와이어핀(17)과의 접촉면적이 너무 좁아지기 때문에 응축수의 발생이 줄어드는 반면 열교환효율이 떨어지기 때문이다.

또한 상기 각 플랫튜브의 기울기가 65°이하이면 응축수가 원활히 흘러내리지 못함으로 인해 소음이 증가됨과 동시에 열전달 성능이 저하될 수 있으며, 상기 각 플랫튜브의 기울기가 85°이상이 되면 증발기 자체가 세워짐으로 인해 공기조화기 내부의 각종 장치들의 배열이 원활하지 못하게 됨에 따라 상기 공기조화기 자체가 커져야하는 문제점으로 인해 상기 플랫튜브의 기울기는 65∼85°의 범위로 하는 것이 적당하다.

한편 본 발명 다른 실시예에 의한 작용중 요부 구성에 따른 작용에 대해서만 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제2헤더(12)에 형성된 복수개의 냉매유입관(13)을 통해 상기 제2헤더(12)로 냉매가 유입되는데, 이때에는 상하로 배치된 상기 제1헤더(11)와 제2헤더(12)의 단면이 타원형으로 되어 냉매가 흐르는 유로폭이 확장되어 있고, 상기 제1헤더(11)와 제2헤더(12)에 상하단이 연결된 플랫튜브(16)는 전후방향으로 일정한 간격을 갖도록 복수열로 배치되어 있음에 따라 상기 제2헤더(12)로 유입된 냉매가 각 열을 이루는 플랫튜브(16)를 통해 안내되어 제1헤더(11)로 이동된 다음 상기 제1헤더에 형성된 복수개의 냉매유출관(14)을 통해 유출된다.

이와같이 제2헤더(12)로 유입된 냉매가 각 열을 이루는 플랫튜브(16)를 통해 안내되어 제1헤더(11)로 이동된 다음 상기 제1헤더(11)에서 유출되는 과정에서는 상기 각 플랫튜브(16)를 따라 이동되는 냉매의 열이 플랫튜브(16)의 전후방은 물론 플랫튜브(16) 사이사이에 접촉 고정되어 전체적으로 바둑판 형태를 이루는 각 와이어핀(17)을 통해 방열되므로 방열되는 열량이 일 실시예 보다는 많아지고, 이에따라 공기가 상기 다른 실시예의 열교환기를 지나는 과장에서의 열교환효율이 향상됨은 이해 가능하다.

이상에서 설명된 바와같이 본 발명 편평관형 열교환기는 제1헤더와 제2헤더가 상하로 배치되어 있고, 상기 두 헤더를 연결하는 플랫튜브는 수직선상에 대해 일정한 각도로 기울어져 있으며, 플랫튜브를 따라 이동되는 냉매의 열을 방열하는 핀이 와이어핀이므로 이를 공기조화기의 증발기로 사용하는 과정에서 플랫튜브 및 와이어핀의 표면에 응축수가 발생되더라도 이 응축수가 오래 머물러 있지 않고 곧바로 흘러내림에 따라 응축수가 공기와 함께 배출되는 응축수 비산현상이 일어나지 않게됨은 물론 상기 응축수에 의한 유로저항이 줄어 소음의 감소와 함께 열교환효율이 증가되는 효과가 있다.

또한 상기한 바와같이 핀이 와이어핀이므로 상기 와이어핀을 플랫튜브에 접촉 고정하기 위한 작업이 매우 편리하게 이루어 지므로 생산성이 향상됨과 함께 제작비도 대폭 절감되는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 상하로 일정간격 이격되게 배치된 제1헤더파이프 및 제2헤더파이프와,

   상기 제2헤더파이프에 형성되어 냉매가 유입되는 복수개의 냉매유입관 및 제1헤더파이프에 형성되어 냉매가 유출되는 복수개의 냉매유출관과,

   상단이 제1헤더파이프에 연결되고 하단이 제2헤더파이프에 연결되어 냉매유입관을 통해 제2헤더파이프로 유입된 냉매를 제1헤더파이프로 이동시켜주는 복수개의 플랫튜브와,

   바둑판 형태를 이루면서 상기 플랫튜브의 전후방에 각각 접촉 고정되어 상기 각 플랫튜브를 따라 이동되는 냉매의 열을 방열하는 복수개의 와이어핀으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 편평관형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상하로 배치된 제1헤더와 제2헤더의 단면을 타원형으로 하여 냉매가 흐르는 유로폭을 확장하고, 상기 제1헤더와 제2헤더에 상하단이 연결된 플랫튜브를 전후방향으로 일정한 간격을 갖도록 복수열로 배치하며, 상기 플랫튜브의 상하단에 접촉 고정된 각 와이어핀을 상기 복수열로 배치된 각 플랫튜브 사이에도 접촉 고정하여서 됨을 특징으로 하는 편평관형 열교환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 플랫튜브 및 와이어핀의 기울어진 각도(θ)가 65∼85° 기울어 진 것을 특징으로 하는 편평관형 열교환기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 와이어핀의 직경이 2∼4mm이고, 상기 와이어핀의 핀간 수직거리(L)와 수평거리(M)가 2∼7mm인 것을 특징으로 하는 편평관형 열교환기.